TBXcast

TBXcast Soutenance finale – Juin 2009 Cyril Bouleau, HamzeFarroukh, Loïc LeHenaff, Mickaël Lecuyer, Jozef Legény, Benoît Lucet, Emmanuel Thierry Encadreurs : Bernard Cousin, MiklósMolnár INSA de Rennes département informatique

TBXcast 2009 Introduction • Le projet TBXcast a pour objectif la création d’un nouveau protocole de routage • Projet bas niveau • Modification du noyau du système NetBSD • Projet réseau • Nécessité d’une plateforme de test, sous IPv6 • Projet basé sur l’existant • Etude approfondie du protocole Xcast • Projet en sa 2ème année de vie

TBXcast 2009 Plan Cadre du projet Fonctionnalités du protocole Architecture de TBXcast Implémentation de TBXcast Présentation de la plateforme Bilan du projet Compléments de planification

TBXcast 2009 Cadre du projet

Cadre du projet TBXcast 2009 Contexte • Les applications de communication en groupe se multiplient • Vidéoconférences • Jeux vidéo • Les trafic généré est important

Cadre du projet TBXcast 2009 Routage multicast R3 A S R1 R2 R6 B Duplication R4 R5 Duplication R7 C • Envoi d’un paquet à un groupe de destinataires • Economie de bande passante • Routeurs rapidement surchargés : une ligne présente par groupe dans la table de routage • Inenvisageable pour un très grand nombre de groupes

Cadre du projet TBXcast 2009 Routage multicast explicite • Le paquet est lui-même porteur de la liste des destinataires • Les tables de routage sont soulagées • Mais cela nécessite davantage de traitement par paquet • Multicast explicite plat : Xcast • Les destinataires sont représentés par une liste à plat • On ne connaît pas les chemins entre la source et les destinataires

Cadre du projet TBXcast 2009 Bilan des modes de routage Encombrement routeur Multicast Multicast explicite Traitement/paquet Unicast Bande passante

Cadre du projet TBXcast 2009 Routage multicast explicite arborescent • L’ensemble des chemins depuis la source vers les destinataires est représenté par un arbre • Facilite et accélère le traitement dans les routeurs • C’est la forme que nous avons choisi pour TBXcast, qui signifie « TreeBasedeXplicit multicast »

Cadre du projet TBXcast 2009 TBXcast concrètement IPv6 TBXcast UDP/TCP Données • Extension de routage IPv6 • Un entête situé entre l’entête IP et l’entête UDP/TCP du paquet • Le code de TBXcast est déployé dans les routeurs du réseau

TBXcast 2009 Fonctionnalités du protocole

Fonctionnalités TBXcast 2009 De quoi doit être capable TBXcast ? • Récupération de la topologie • Gestion des groupes • Ajout, retrait de membres dans des groupes • Création de l’arbre en fonction de la topologie et du groupe multicast concerné

Fonctionnalités TBXcast 2009 Segmentation S S S S S R1 R2 R1 R2 R1 R1 R2 R2 A D A B A C B C D D B C On a recours à la segmentation lorsque l’arbre est trop volumineux La difficulté est de bien diviser le paquet pour équilibrer les nouveaux entêtes

Fonctionnalités TBXcast 2009 Déploiement sur le réseau • Routage des paquets : mise à jour de l’arbre et renvoi au routeur suivant • Fonctionnement sur un réseau hétérogène • Certains routeurs ne « comprennent » pas TBXcast

Fonctionnalités TBXcast 2009 Qualité de Service • La «QoS » permet un ajustement de la communication en fonction de paramètres • Délai • Variation de délai • Perte d’information • Concrètement, cela est réalisé par un arbre enrichi dont la création intègre des contraintes

TBXcast 2009 Architecture de TBXcast

Architecture TBXcast 2009 Aspect modulaire de l’architecture • Décomposition en trois principaux modules • La librairie LibTBXcast, implémentée à la source • Récupère la topologie, construit l’arbre, gère les groupes • Driver TBXcast • Code noyau présent sur les routeurs • Application de test : TBXtest • Réalise le simple envoi d’un paquet à un groupe

Architecture TBXcast 2009 Composants Application source Application destinataire LibTBXcast Noyau NetBSD Carte réseau virtuelle Driver TBXcast Interface Fonctions NetBSD Carte réseau (hardware)

Architecture TBXcast 2009 Envoi d’un paquet Application source Application destinataire LibTBXcast Noyau NetBSD Carte réseau virtuelle Driver TBXcast Interface Fonctions NetBSD Carte réseau (hardware)

Architecture TBXcast 2009 Réception du paquet Application source Application destinataire LibTBXcast Noyau NetBSD Carte réseau virtuelle Driver TBXcast Interface Fonctions NetBSD Carte réseau (hardware)

Architecture TBXcast 2009 Routage d’un paquet Application source Application destinataire LibTBXcast Noyau NetBSD Carte réseau virtuelle Driver TBXcast Interface Fonctions NetBSD Carte réseau (hardware)

Architecture TBXcast 2009 Entête et structure des paquets Entête spécifique à notre protocole. Le paquet est reconnu comme « TBXcast » par le routeur et envoyé depuis la carte réseau vers la carte virtuelle. L’enchaînement des entêtes structure le paquet qui circule sur le réseau

TBXcast 2009 Implémentation de TBXcast

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Organisation du développement • Cycles « développement → test → validation » pour chaque version • Huit versions incrémentales • Implémentation jusqu’à la version 3 pour cette année • Développement en parallèle des versions

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Visualisation des versions A la source Au niveau d’un routeur

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Version 0 : renommage • Objectif : renommer des éléments du code de Xcast • Obention d’un protocole identique • Fonctionnement en parallèle possible • Conservation des conventions de nommage • Testé avec succès avec l’application TBXtest

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Version 1 : implémentation du tunneling • Rappels • Environnement hétérogène : tous les routeurs ne sont pas forcément compatibles avec le protocole TBXcast • Encapsulation du paquet TBXcast dans un paquet IPv6 • Objectifs • Utiliser systématiquement le tunneling classique pour le routage des paquets TBXcast • Créer un tunnel entre chaque routeur TBXcast explicitement codé dans l’arbre de routage

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Principe du tunneling 1 2 3 4 Routeur compatible avec TBXcast et codé dans l’arbre de routage Routeur incompatible avec TBXcast L’entête extérieur permet de mettre en œuvre un tunnel entre le routeur 1 et 3. Le routeur 2 traite le paquet comme un paquet IPv6 classique.

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Tunneling sous Xcast 1 2 3 4 Sur une route, chaque routeur lit l’entête Hop-by-Hop afin de savoir s’il est capable d’interpréter la suite. Destinataire Routeur Xcast Routeur non Xcast • Le tunneling semi-perméable • Xcast implémente un tunneling non adapté à notre problématique d’arbre

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Difficultés liées au tunneling • Le tunneling semi-perméable • Inadapté à TBXcast • Inutile de tester si un routeur peut interpréter la suite • En effet, les routeurs compatibles TBXcast sont connus et codés dans l’arbre de routage • Seuls les routeurs codés dans l’arbre de routage doivent traiter le paquet TBXcast ! • Mais • Implémentation du tunneling semi-perméable très minutieuse et étroitement liée aux fichiers systèmes de NetBSD • Modifications très techniques et manque de temps

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Notre implémentation du tunneling • Changement d’objectif • Conservation de l’implémentation du tunneling semi-perméable de Xcast • Hypothèse forte pour la suite • Sur une route donnée, tous les routeurs TBXcast sont codés dans l’arbre de routage

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Version 2 : Routage arborescent • Objectifs • On implémente la structure de notre arbre • Les routeurs doivent interpréter et router les paquets TBXcast

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Structure de l’arbre • Un nœud de l’arbre est une structure qui contient : • La longueur du sous-arbre qui lui est associé • L’adresse IP du nœud • Un booléen indiquant si ce nœud est destinataire ou non

Conception et Implémentation TBXcast 2009 L’algorithme de routage • On se place sur la racine de l’arbre • Si ce nœud est un destinataire, les données sont remontées à l’application • Pour chacun de ses fils directs • On construit un nouveau paquet TBXcast en élaguant l’arbre et on l’envoie au fils considéré

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Déroulement d’un exemple (1/2) 2 0 1 3 4 i routeurs destinataires routeurs intermédiaires i Entête TBXcast d’un paquet circulant entre le routeur 0 et le routeur 1

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Déroulement d’un exemple (2/2) Entête TBXcast d’un paquet circulant entre le routeur 1 et le routeur 2 2 0 1 3 4 i routeurs destinataires Entête TBXcast d’un paquet circulant entre le routeur 1 et le routeur 3 routeurs intermédiaires i

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Test de la version 2 • Driver TBXcast non testé • Problème lors du passage entre la librairie LibTBXcast et le driver TBXcast • Solution : coder le paquet « en dur »

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Version 3 : construction de l’arbre • Objectifs • Construction de l’arbre de routage à la source à partir d’une topologie fournie manuellement dans la librairie LibTBXcast • Ajout de l’arbre construit dans l’entête du paquet TBXcast

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Représentation de la topologie 0 1 a::0 a::1 c::1 b::0 { source = 0, dest = 1, addr = a::1 } { source = 1, dest = 0, addr = a::0 } • Ensemble de liens entre interfaces • Structure • Source • Destinataire • Adresse IP de la destination

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Algorithme de construction de l’arbre • Arbre couvrant minimal à partir du graphe qui décrit la topologie • On utilise l’algorithme de Moore-Dijkstra • L’algorithme travaille sur une matrice des liens • A chaque étape • On sélectionne le nœud non encore pris le plus proche de la source • On met à jour les distances et les prédécesseurs • Arrêt quand tous les destinataires sont couverts

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Exemple de matrice des liens 5 3 f::5 d::3 c::3 c::2 f::4 d::4 4 2 e::4 b::2 e::1 b::1 1 a::1 a::0 0

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Exemple du déroulement de l’algorithme 5 3 5 3 4 4 2 2 1 1 0 0 Envoi depuis 0 jusqu’à 2 et 5 Tableau des longueurs Tableau des prédécesseurs

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Traitements supplémentaires 2 3 0 1 5 4 • Elagage de l’arbre • Suppression des branches sans destinataire • Suppression des nœuds inutiles au routage

Conception et Implémentation TBXcast 2009 Test de la version 3 • Protocole de test • Construction de la topologie • Création d’un groupe • Ajout de membres • Construction de l’arbre • Grâce à l’algorithme précédemment présenté • Tests unitaires effectués • Algorithme de création de l’arbre • Gestion de la topologie • Ajout et retrait de membres

TBXcast 2009 Présentation de la plateforme

Plateforme TBXcast 2009 Nécessité d’une plateforme • Code dans le noyau de NetBSD • Besoin de postes sous NetBSD • Besoin de systèmes dédiés • Développement d’un protocole de routage • Besoin d’un réseau de test conséquent • Besoin de simuler de nombreuses topologies

Plateforme TBXcast 2009 Plateformeinitiale • Configurations hétérogènes • Administration complexe • Aucunecentralisation • Donnéesdifficiles à récupérer • Systèmesindépendants • Aucunsystème de gestion • Compilation longue • Gestion du réseaufastidieuse • Tests lourds

Plateforme TBXcast 2009 Solutions mises en place • Renouvellement du matériel • Serveur Netboot • Démarrage par le réseau • Stockage des systèmessur le serveur • Centralisation des données • Facilité de la maintenance • Programmes de gestion • Gestion des machines • Gestion du réseau

Plateforme TBXcast 2009 Architecture Switch Serveur Réseau IPv4 de gestion Réseau IPv6 de test 1 4 2 5 3 6

Plateforme TBXcast 2009 Programmes de gestion de la plateforme • Makefile • Mise en cache des versions • Compilation unique • Installation globale • Gestion des machines : TBXpower • Arrêt et redémarrage des machines • Démarrage avec la technologie Wake On Lan • Gestion du réseau : TBXnet • Etablissement de liens entre deux machines • Chargementd'unetopologiecomplète • Administration transparente du switch et des machines

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